Глава 10 геологическая деятельность подземных вод

Подземные воды и их распространение. Все воды земной коры, на-

ходящиеся ниже поверхности Земли в горных породах в газообразном, жидком и твердом состояниях, называются подземными водами. Подзем-ные воды составляют часть гидросферы – водной оболочки земного шара. Они встречаются в буровых скважинах на глубине до нескольких километ-ров. По данным В.И. Вернадского, подземные воды могут существовать до глубины 60 км в связи с тем, что молекулы воды даже при температуре 2 000 ºС диссоциируют в количестве, не превышающем 2 %.

Подземные воды в земной коре распределены в двух этажах. Нижний этаж, сложенный плотными магматическими и метаморфическими горными породами, содержит ограниченное количество воды. Основная масса воды находится в верхнем слое осадочных горных пород. В нем по характеру во-дообмена с поверхностными водами выделяют три зоны: зону свободного водообмена (верхнюю), зону замедленного водообмена (среднюю) и зону весьма замедленного водообмена (нижнюю). Воды верхней зоны обычно пресные и служат для питьевого, хозяйственного и технического водоснаб-жения. Это – молодые современные воды. В средней зоне располагаются ми-неральные воды различного состава. Это – древние воды. В нижней зоне – высокоминерализованные рассолы. Из них добывают различные соли, бром, йод и другие элементы.

Происхождение подземных вод. Подземные воды образуются раз-личными способами. Один из основных способов образования подземной воды – просачивание, или инфильтрация, атмосферных осадков и поверх-ностных вод (озер, рек, морей и т.д.). По этой теории, просачивающаяся вода доходит до водоупорного слоя, накапливается на нем, насыщая поро-ды пористого и трещиноватого характера. Возникают водоносные слои или

горизонты подземных вод.

разных районах земного шара просачивание происходит с различной скоростью и на различную глубину – в зависимости от состава горных пород, слагающих данную местность, и глубины залегания водоупорного слоя. На степень и глубину инфильтрации влияют различные факторы: количество выпадающих осадков, характер их выпадения – ливнями или равномерно, время выпадения – лето или зима, уровень воды в окружающих водоемах – озерах и реках, рельеф местности, состав горных пород и др.

условиях сильно расчлененной местности атмосферные воды сте-кают в виде ручьев в реки и озера за короткий интервал времени, в связи с чем масса стекающей воды может быть и значительной, но масса просачи-вающейся – небольшой. В равнинных местах при наличии бессточных по-нижений и западин инфильтрация занимает более продолжительный отре-зок времени.

102

Большое значение имеет состав горных пород, через которые проис-ходит просачивание вод – песчаные и галечниковые толщи, пористые и трещиноватые горные породы хорошо пропускают воду, глинистые и плотные – ее задерживают. На инфильтрацию существенное влияние ока-зывает растительный покров и деятельность человека.

Для многих территорий земного шара инфильтрация является основ-ным способом образования подземных вод. Однако имеется и другой путь образования подземных вод – за счет конденсации водяных паров в горных породах. В теплое время года упругость водяных паров воздуха больше, чем в почвенном слое и ниже залегающих горных породах. Поэтому водя-ные пары атмосферы непрерывно поступают в почву и опускаются до слоя постоянных температур, располагающегося на разных глубинах – от одно-го до нескольких десятков метров от поверхности Земли. В этом слое дви-жение паров воздуха прекращается, в связи с увеличением упругости во-дяных паров при повышении температуры в глубине Земли. Вследствие этого возникает встречный поток водяных паров из глубины Земли вверх –

слою постоянных температур.

поясе постоянных температур в результате столкновения двух потоков водяных паров происходит конденсация водяных паров с образованием под-земной воды. Таким путем нередко образуется большое количество подзем-ной воды. Конденсационная вода имеет большое значение в пустынях, полу-пустынях и сухих степях. Здесь она в знойные периоды года является единст-венным источником влаги для растительности. Таким же способом возника-ют основные запасы подземной воды в горных районах Сибири.

Инфильтрационные и конденсационные воды называются вадозными водами. Эти воды образуются из влаги атмосферы и участвуют в общем круговороте воды в природе.

Некоторые исследователи отмечают еще один способ образования подземных вод. Многие выходы этих вод в районах современной или не-давней вулканической деятельности характеризуются повышенной темпе-ратурой и значительной концентрацией солей и летучих компонентов. Для объяснения генезиса таких вод австрийский геолог Э. Зюсс в 1902 г. вы-двинул теорию ювенильного происхождения подземных вод. Такие воды, как считал Э. Зюсс, образовались из газообразных продуктов, в изобилии выделяющихся при дифференциации магматического очага.

Исследования русских гидрогеологов А.М. Овчинникова, Ф.А. Мака-ренко и других показали, что «чистых» ювенильных вод, как их понимал Э. Зюсс, в поверхностных частях Земли не существует. В природных усло-виях подземные воды, возникшие различными способами, смешиваются. Так называемые ювенильные воды, поднимаясь в верхние горизонты зем-ной коры, смешиваются с инфильтрационными или конденсационными водами, которые, в свою очередь, проникают вглубь, нагреваются, минера-лизуются и приобретают черты ювенильных вод. Определение генезиса

103

подземных вод имеет большое значение: оно облегчает подсчет запасов, выяснение режима и их качества.

Классификация подземных вод. Условия их залегания. Существуют различные классификации подземных вод, основывающиеся либо на услови-ях залегания, либо на их качестве. Известны классификации подземных вод по возрасту и происхождению. Выше приведена классификация подземных вод по происхождению, или генезису. По условиям залегания выделяют три типа подземных вод: верховодку, грунтовые и напорные, или артезианские.

Верховодка. Верховодкой называются подземные воды, залегающие вблизи поверхности Земли и отличающиеся непостоянством распростра-нения и дебита. Верховодка обычно приурочена к линзам водоупорных или слабо проницаемых горных пород, перекрываемых водопроницаемы-ми толщами. Верховодка занимает ограниченные территории, это явление временное, и происходит оно в период достаточного увлажнения. В засуш-ливое время года верховодка исчезает. Верховодка приурочена к первому от поверхности Земли водоупорному пласту. Таким водоупором в Евро-пейской части нашей страны являются моренные суглинки и глины. В тех случаях, когда водоупорный пласт залегает вблизи поверхности Земли или выходит на поверхность, в дождливые сезоны развивается заболачивание.

Верховодка нередко служит важным источником водоснабжения для небольших населенных пунктов, в особенности в безводных районах с глубоким залеганием грунтовых вод. К верховодке относят нередко поч-венные воды – воды почвенного слоя. Почвенные воды представлены поч-ти связанной водой. Капельно-жидкая вода в почвах присутствует только в период избыточного увлажнения.

Грунтовые воды. Грунтовыми называются воды, залегающие на первом водоупорном горизонте ниже верховодки. В отличие от верховодки грунто-вые воды обычно приурочены к выдержанному водонепроницаемому (водо-упорному) пласту и характеризуются более или менее постоянным дебитом. Грунтовые воды могут накапливаться как в рыхлых пористых породах, так и в твердых трещиноватых породах. У грунтовых вод различают верхнюю по-верхность, или уровень грунтовых вод, иначе называемый зеркалом. Слой горных пород, насыщенных водой, называется водоносным слоем. Непосред-ственно к зеркалу грунтовых вод примыкает капиллярная кайма. Здесь поры водоносной толщи лишь частично заполнены водой, поднимающейся по ка-пиллярам. Выше уровня грунтовых вод расположена зона аэрации. Это по-верхностный горизонт Земли, где поры и пустоты пород заполнены воздухом и частично влагой. В зоне аэрации выделяют сверху вниз: подзону почвен-ных вод, промежуточную подзону и подзону капиллярных вод.

Уровень грунтовых вод представляет собой неровную поверхность, повторяющую, как правило, неровности рельефа в сглаженной форме. Грунтовые воды, в отличие от поверхностных, передвигаются очень мед-ленно – от 0,1 до 1 м в сутки. Это примерно в 100 тыс. раз медленнее, чем

104

движение воды в реках. Грунтовые воды перемещаются в сторону пони-жения рельефа.

В зависимости от геологических условий и форм рельефа грунтовые воды подразделяются на воды речных долин (древних и современных), озерных котловин, междуречных массивов и склонов, дюн и морских по-бережий, предгорных пролювиальных конусов выноса и др.

Уровень грунтовых вод подвержен постоянным колебаниям. Он зависит от различных факторов: количества выпадающих осадков, климата, рельефа, растительного покрова местности, хозяйственной деятельности человека.

Грунтовые воды, накапливающиеся в аллювиальных отложениях – один из источников водоснабжения населения. Они используются как питьевая вода и для полива. Значительное количество грунтовых вод свя-зано с древними ледниковыми долинами, возникшими в четвертичный пе-риод во время оледенения.

Разновидность грунтовых вод – межпластовые воды. Они отличаются от грунтовых наличием перекрывающего водоупорного пласта.

Напорные, или артезианские, воды. Это воды, залегающие между двумя водоупорными пластами горных пород и обладающие напором. Ар-тезианские воды обычно приурочены к вогнутым пластам горных пород. Область питания лежит выше области стока воды и выше выхода напор-ных вод на поверхность Земли. Если в центре такой мульды пробурить скважину, то вода будет самоизливаться, фонтанировать. Такие мульды, состоящие из системы чередующихся водоупорных и водоносных пластов с артезианской водой, носят название артезианских бассейнов. Размеры их до сотен и даже тысяч километров. Области питания артезианских бассей-нов нередко значительно удалены от мест извлечения воды. Артезианские воды характеризуются постоянством дебита и хорошим качеством.

Геологическая работа подземных вод. Геологическая деятельность подземных вод носит как разрушительный, так и созидательный характер. Созидательная деятельность проявляется в химическом взаимодействии подземных вод с горными породами, в растворении, гидратации, гидроли-зе, окислении, выщелачивании, в переносе и переотложении вещества.

Разрушительная – суффозия – выражается в растворении и выносе рас-творенных и мелких минеральных частиц подземными водами. Наиболее ин-тенсивна суффозия в легкорастворимых и размываемых горных породах – лессах и лессовидных суглинках, каменной соли, карбонатных породах и т.д.

Суффозия сопровождается образованием суффозионных воронок, за-падин и блюдец, возникающих на поверхности Земли за счет проседания пластов горных пород над образовавшимися пустотами. Интенсивность разрушительной работы подземной воды зависит от ее состава, от раство-ренных в воде газов и солей. Растворяющая способность воды значительно увеличивается при наличии в подземной воде углекислоты, кислорода и других газов и растворенных солей.

105

Суффозионные явления в карбонатных породах обычно называются карстовыми. В результате карстового процесса образуются карстовые пе-щеры и пустоты в слоях известняка, доломита и других горных пород кар-бонатного состава. Над карстовыми пещерами часто возникают проваль-ные карстовые воронки.

Суффозия приводит также к образованию оползней и обвалов вдоль берегов рек, озер и морей. Подземные воды в различных физико-химических условиях производят как растворение и вынос минеральных соединений и горных пород, так и образование новых. Образование новых минералов происходит не только в горных породах, но и в почвах.

Контрольные вопросы

Как распространены подземные воды в осадочном чехле?

Как образуются подземные воды?

Как выделяются подземные воды по условиям залегания?

В чем проявляется разрушительная деятельность подземных вод?

В чем проявляется созидательная деятельность подземных вод?

106